Основы построения и функционирования идентификационной системы сетевых элементов единой сети электросвязи Российской Федерации

В настоящее время в Российской Федерации происходит интенсивное развитие национальной телекоммуникационно-информационной инфраструктуры. Её основу составляет единая сеть электросвязи (ЕСЭ) России, которая в соответствии с Федеральным законом «О связи» [154] состоит из:

— сетей связи, образующих сеть связи общего пользования;

— выделенных сетей связи;

— технологических сетей связи, присоединенных к сети связи общего пользования;

— сетей связи специального назначения и других сетей связи для передачи информации при помощи электромагнитных систем.

Условия функционирования ЕСЭ России порождают ряд проблем технического, организационного, экономического, правового характера, для решения которых требуется разработка новых теоретических положений. В: числе приоритетных необходимо выделить проблемы, связанные с функционированием ЕСЭ как большой и сложной системы, состоящей, в свою очередь, из отдельных систем и подсистем.

Важное место в структуре ЕСЭ России занимают системы технической эксплуатации и оперативного управления сетями, электросвязи. В этих системах особое значение принадлежит сетевым" элементам (СЭ), образующим структуру сетей электросвязи. Под «сетевым элементом» в диссертационной работе понимается автономный физический или логический объект, который поддерживает функции передачи, мультиплексированиякроссконекции, регенерации и другие на «нулевом» и «физическом» уровнях эталонной модели взаимодействия открытых систем. По своей' сути сетевые элементы являются средой, формирующей единое телекоммуникационное пространство страны, и создающей условия для синергетичности и адаптивности телекоммуникаций. Именно СЭ сетей электросвязи обеспечивают (или должны обеспечивать в особых ситуациях) непосредственное взаимодействие сетей электросвязи. Они также определяют особенности взаимодействия систем технической эксплуатации и оперативного управления различных операторов связи, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций и военного времени. СЭ являются основой при моделировании различных сетей связи, в том числе в случае использования ресурсов одних сетей другими, что характерно для сетей специального назначения.

Значительное количество используемых СЭ в сетях связи различного назначения диктует необходимость создания их идентификационной системы. В соответствии с Федеральным законом «О связи" — [154] идентификационная система СЭ есть система их нумерации, т.к. согласно статье 2 нумерацияэто „цифровое, буквенное, символьное обозначение или комбинация таких обозначений, в томчисле коды, предназначенные для однозначного определения (идентификации) сети связи и (или) ее узловых или оконечных элементов“. Равнозначность понятий идентификационная система СЭ» и «система нумерации СЭ» позволяет в дальнейшем использовать в диссертационной работе преимущественно последний термин, имея в виду, что он является предпочтительным и широко распространенным в действующей законодательной и нормативной базе отрасли «связь».

Так, в соответствии с указанным законом (статья 26) регулирование ресурсов нумерации' единой сети электросвязи является исключительным правом государства. В законе «О связи» и других нормативных правовых документах в качестве одного из требований функционированию сетей связи в рамках ЕСЭ России предусмотрено их соответствие принятой системе нумерации, утверждаемой в установленном порядке в качестве нормативного документа.

Система нумерации сетевых элементов должна устанавливать требования к структуре и содержанию номера СЭ, а также определять порядок присвоения номера сетевому элементу, порядок доступа к ресурсам нумерации, их хранения и использования как общенационального информационного ресурса.

Систему нумерации СЭ можно рассматривать как часть единой общегосударственной системы классификации и кодирования объектов технической эксплуатации сетей электросвязи, что определено Постановлением Правительства Российской Федерации от 01.11.99 г. № 1212 «О развитии Единой системы классификации и кодирования технико-экономической и специальной информации».

Широко известны отраслевые научные исследования, связанные с нумерацией служб электросвязи общего пользования. По результатам этих исследований МСЭ-Т был принят ряд Рекомендаций, касающихся вопросов нумерации в телефонных сетях (Рекомендации серии Е), в телеграфных сетях и сетях передачи данных (Рекомендации серий F и X), в сетях сухопутной подвижной радиосвязи (Рекомендации серии Е). На базе этих документов в Российской Федерации были проведены, научные исследования и созданы национальные системы нумерации служб электросвязи общего пользованияв разработке которых диссертант принимал непосредственное участие [212].

Другим важнейшим направлением научных исследований в области нумерации телекоммуникационных сетей стало создание системы нумерации для сети сигнализации ОКС-7. Результаты этих исследований отражены в Рекомендациях МСЭ-Т серии Q. В Российской Федерации под руководством соискателя в середине 90-х годов прошлого века была создана национальная система нумерации, учитывающая международные рекомендациии особенности сетей электросвязи России [203].

Для всемирной компьютерной* сети Интернет, функционирующей на базе протокола TCP/IP, была создана система нумерации, базирующаяся на цифровой нумерации (или как принято в этой сети — адресации) хостов, а также нумерация по системе доменных имен.

Отметим, что эти исследования и принятые решения не могут быть применены для нумерации СЭ, но полезны для методологии создания и внедрения системы нумерации СЭ.

В научно-технической литературе вопросам нумерации СЭ уделено незначительное внимание (это видно из представленного в диссертационной работе библиографического списка) и, как следствие, отсутствуют специализированные инструментальные средства разработки такой, системы нумерации. Известный опыт нумерации СЭ в разных странах показывает, что существует множество частных решений, ориентированных на ограниченную номенклатуру СЭ, но отсутствуют решения в масштабах всей страны.

В условиях отсутствия* в* настоящее время, решений по нумерации СЭ в российской национальной системе нумерации российские операторы, действуют самостоятельно по принципу «ad hoc», что-при многообразии, и^ многочисленности сетей электросвязи s существенно затрудняет процесс взаимодействия" сетей электросвязи и баз, данных СЭ: Попытки интуитивноговыбора варианта нумерации обычно ведут к существенным потерям на этапе эксплуатации и большим затратам на доработку аппаратно-программных комплексов.

Решение проблемы нумерации СЭ в масштабах страны осложняется также неоднородным технологическим уровнем сетей электросвязи различных операторов связи. Высокая динамика изменения состояний' сетей при различных способах нумерации СЭ не позволяет обеспечить оперативное взаимодействие служб технической эксплуатации и взаимное информирование операторов о происходящих изменениях. Затруднено (а во многих случаях невозможно) управление в реальном масштабе времени сетями электросвязи, в том числе, при переходе к централизованному управлению в случаях, предусмотренных законодательством Российской Федерации. Из-за различий в нумерации СЭ" оказывается неприемлемым использование геоинформационных технологий, важных при применении мобильных средств связи или разворачивании полевых систем связи, что имеет особое значение для систем связи Вооруженных Сил и других систем специального назначения.

Применяемые в различных сетях электросвязи системы управления ориентированы на определенный тип оборудования и конкретного поставщика. Разнообразие таких систем ставит непростую задачу выбора системы, в которой производитель задает собственный формат нумерации СЭ. Анализ таких систем показывает, что существует множество частных решений, ориентированных на ограниченную номенклатуру СЭ.

Различие в нумерации СЭ различных сетей электросвязи существенно-осложняет применение математических методов оптимизации схем построения сетей электросвязи, в том числе, в случаях оперативной перестройки сетей электросвязи в интересах обороны, безопасности и правопорядка как на территории всей страны, так и в отдельных регионах.

Таким образом, поставленнаяпроблема создания и эффективного функционирования-идентификационной системы СЭ является актуальной и важной народно-хозяйственной' задачей, реализация которой обеспечивает значительный вклад в развитие экономики страны и повышение её обороноспособности. Здесь нельзя ограничиться частными решениями, необходимо обеспечить разработку новой научно обоснованной системы, учитывающей многочисленные факторы функционирования сетей электросвязи в стране, а также случайный характер запросов о номерах СЭ. Требуется осуществить единый системный подход к нумерации СЭ в рамках ЕСЭ России.

Отметим, что проблемы нумерации элементов сетей характерны не только для телекоммуникаций, но и для других видов сетей. Например, в электроэнергетике Российской Федерации в последние годы также возникла проблема классификации и нумерации объектов предметной области [83]. В соответствии с решением научно-практической конференции «Единая система классификации и кодирования в электроэнергетике. Проблемы и пути решения», в 2006 г. сформирована рабочая группа специалистов для разработки этой системы [98]. Pix подходы и предложения" также анализировались в диссертационной работе.

Целью исследования является разработка для практического применения идентификационной системы сетевых элементовединой? сети электросвязи Российской Федерации:

Предмет исследования — методология" построения? системы нумерация? сетевых элементовпредназначенная для формирования единого телекоммуникационного пространства страны.

Объект, исследования — НСЭ России, включающая в себя сети связи, которые образуют сеть связи общего пользованиявыделенные сети связи-: технологические сети связи, присоединенные к сети связиобщего пользованиясети связи? специального назначения и другие сети связи для передачи информации. при помощи электромагнитных системМетоды исследования-, примененные автором, базируются на положениях теории' системного • анализа: Однако специфика настоящей диссертационной работы состоит не в разработке вопросов системного анализа сетей и системЕ телекоммуникаций^ новых методов и алгоритмов решения задач системного анализано в использовании? метода" системного анализа в качестве основного метода исследования: Термин^ «системный анализ» введен' в научный, обиход в? США1 в 1948 г., а в отечественной^ научной терминологии он получил распространение после выхода в 1969 г. на русском языке книги С. Оптнера «Системный анализ для» решения? деловых и промышленных проблем" [11]. Широко известны работы по проблемам системного анализа и практики его применения' видных отечественных ученых Л: В:Канторовича, А. И. Берга, Д. М. Гвишиани, С. В. Емельянова, Н.1 ЬМоисеева, В. М. Глушкова, А: Г. Аганбегяна и многих других, а также зарубежных специалистов Р. Амара, Д. Герца, Э. Квейда, М: ДМесаровичаЧ:Д-Хича, РгАкофаЛ1фон Берталанфи, К. Чена, Д. Медоуза, У. Р. Эшби, С. Янга и др.

1 Исследования RAND Corporation по задачам военного управления.

Продолжающееся сегодня непрерывное развитие «системного анализа» как научной дисциплины не позволяет однозначно представить общепринятую методику. Последовательность этапов и процедур системного анализа, используемая в настоящей работе, приведена на рисунке 1.

Постановка задачи.

N? 7.

Структуризация системы.

Построение модели 7.

Исследование модели.

Оценка альтернатив.

N / У.

Принятие решения.

•" 5 7.

Организация реализации решения.

Рис. 1. Последовательность этапов и процедур системного анализа.

На различных этапах реализации алгоритма методики системного анализа применены методы исследования и оптимизации сложных систем, распределения ресурсов в информационных системах, теории графов, теории телетрафика, теории сетей связи, теории множеств, теории логического проектирования баз данных, экспертных оценок. Задачи исследования. Для достижения поставленной цели представлялось целесообразным сформулировать и решить следующие задачи:

— осуществить систематизированный анализ типов сетевых элементов ЕСЭ России и систем, обеспечивающих поддержание процессов взаимодействия сетей электросвязи, технической эксплуатации, оперативного управления, перестройки сетей, и выявить существенные факторы, которые необходимо учитывать при создании системы нумерации СЭ;

— разработать и научно обосновать единый методологический подход к формированию номера СЭ, универсального для всех сетей электросвязи;

— на основе этого подхода с учетом выявленных на этапе анализа факторов разработать принципы построения системы нумерации;

— разработать систему классификации СЭ;

— разработать и проанализировать основные положения функционирования системы нумерации, включая вопросы создания базы данных сетевых элементов;

— обобщить теоретические результаты исследований и разработать практические решения по использованию в сетях электросвязи Российской Федерации полученных результатов.

Научная новизна диссертационного исследования, изложенного в опубликованных автором материалах, состоит в следующем: >

1. Впервые сформулирован методологический подход к формированию совокупности множества типов сетевых элементов ЕСЭ России. Предложенный подход учитывает различные факторы функционирования и взаимодействия сетей электросвязи, применяемые технологии, методы технической эксплуатации и управления сетями электросвязи, атрибуты, которые описывают характеристики СЭ, а также вопросы перестройки сетей для работы в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени.

2. На основе методов систематики в отсутствии общей системы классификации ЕСЭ России впервые разработана система, классификации СЭ, которая также может лечь в основу общеотраслевой системы классификации. Разработан алгоритм классификации.

3. Разработан единый методологический подход к формированию номера СЭ как унифицированного номера (УН) для любых сетей электросвязи. Введено представление структуры номера в виде 3-х частей: общедоступной, ограниченного доступа, операторского доступа.

4. Разработана методология создания системы нумерации сетевых элементов ЕСЭ России. Предложено и обосновано присвоение УН всем сетевым элементам, независимо от вида сети электросвязи ЕСЭ (включая сети связи специального назначения, а также сети распространения программ телевидения и радиовещания). Определено содержание номера для различных сетевых элементов и разработаны алгоритмы присвоения номера.

5. Разработаны концептуальные положения организации и функционирования базы данных СЭ. В качестве архитектуры построения1 базы данных предложена архитектура распределенной системы базы данных. Определены условия функционирования такой базы, разработана концепция политики её информационной безопасности. Доказана' необходимость использования в СУБД объектно-реляционной модели данных.

6. Обосновано предложение по использованию сеть сигнализации ОКС-7 в качестве сети передачи информации о номерах СЭ между различными операторами связи и системами управления сетями электросвязи. Доказано, что указанное предложение обеспечивает выполнение требований, связанных с передачей номерной информацией, и не ухудшает условия функционирования сети ОКС-7.

7. Предложен механизм создания и организации функционирования новой системы нумерации СЭ в сетях связи Российской Федерации. Разработана технология применения системы нумерации, сформулированы основные положения системной интеграции её создания и использования.

Прикладная значимость результатов диссертационной работы в широком плане заключена в создании методологии идентификации СЭ, которая с минимальными затратами обеспечивает введение в ЕСЭ России качественно новой универсальной системы нумерации СЭ. Важное практическое значение имеет также предложенная совокупность методик и алгоритмов создания и функционирования базы, данных нумерацииСЭ, необходимых органам, государственного управления, операторам связи (включая операторов связи сетей специального назначения), проектным организациям ДЛЯ' решения задач, связанных с взаимодействием сетей электросвязи, развитием и оптимизацией сетейобеспечением эффективной работы систем технической эксплуатации — и оперативно-технического управления, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций, и военного времени. Практическую ценность представляют решения по вопросам классификации" СЭ,' которые могут лечь в основу отраслевой системы, классификации.

Выводы данной работы, связанные с установлением требований, предъявляемых к построению и функционированию системы нумерации СЭ' и содержанию номера для различных сетевых элементов, создают практическую основу для реализации, требований федерального закона «О связи».

Реализация результатов, работы., Результаты диссертационной работы применяются* различными организациями" Российской Федерации, в частности, ОАО «АСВТ», ОАО «ЦентрТелеком», группой компаний «Экран» и др.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 2-й отраслевой научной конференции «Технологии информационного, общества» (2008г.), конференции VON Russia 2006 (2006г.), 6 и 7-й международных конференциях «Состояние и перспективы, развития: Интернета в, России» (2005г., 2006 г.), конференции «Проводная связь в России» (2005г.), 11-й ежегодной конференции по IP-телефонии и IP-коммуникациям (2006г.), заседании секции радиоэлектроники Центрального Дома ученых (2006г.), 3-й научной конференции международной академии связи МАС-ГИО-2002 «Глобальное цифровое кольцо связи: ВОЛС и спутниковые линии — конкуренция и комплементарность» (2002 г.). Отдельные научные положения и идеи обсуждались в ходе круглых столов, проводимых кафедрой инфокоммуникаций ИПК МТУСИ совместно с журналом2 «Вестник связи» в 2003 -2007 г. г.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 4-х монографиях и 32 опубликованных работах (из них 4- в соавторстве), в том числе 27 — в научных журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых в соответствии с требованиями ВАК должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, 2-х приложений. Общий объем диссертации — 226 страниц, включая 40 рисунков, 7 таблиц, библиографический список из 221 наименования использованной литературы.

Основные результаты диссертационной работы могут быть сведены к следующим положениям.

1. В единой сети электросвязи Российской Федерации особое значение имеют сетевые элементы, образующие структуры сетей электросвязи. По своей сути сетевые элементы являются средой, формирующей единое телекоммуникационное пространство страны, и создают условия для синергетичности и адаптивности телекоммуникаций. Именно СЭ сетей электросвязи обеспечивают (или должны обеспечивать в особых ситуациях) непосредственное взаимодействие сетей электросвязи. Они определяют также особенности взаимодействия систем технической эксплуатации и оперативного управления разных операторов связи, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций и военного времени. СЭ являются основой при моделировании разных сетей связи, в том числе в случае использования ресурсов одних сетей другими.

Однако в настоящее время отсутствует научно обоснованная идентификационная система — унифицированная система нумерации сетевых элементов. Разные операторы связи создают собственные системы нумерации, в большинстве своем основанные на нечетких экспертных оценках. При многочисленности и многообразии сетей электросвязи разных операторов процесс взаимодействия существенно усложняется, что приводит к негативным последствиям функционирования ЕСЭ России.

В диссертационной работе впервые на научной основе рассмотрена и решена проблема создания и функционирования системы нумерации СЭ.

2.На основе методов системного анализа из разных факторов, определяющих функционирование и взаимодействие сетей электросвязи, особенности тех или иных телекоммуникационных технологий, правила технической эксплуатации и управления сетями электросвязи, вопросы перестройки сетей в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени выделены факторы, определяющие требования к структуре номера СЭ. Суть этих требований — многофункциональность, приемлемость, технологическая нейтральность, однородность, однозначность, устойчивость, долговечность, постоянство, расширяемость, простота, информационность, сжатость, технологическая применимость.

Обосновано, что в структуре номера должна содержаться информация, необходимая для взаимодействия операторов связи, информация, необходимая для использования в специальных целях (информация ограниченного доступа), а также может содержаться информация, необходимая непосредственно оператору связи.

3. Впервые предложено создание структурированной системы нумерации СЭ, базирующейся на структуре унифицированного номера сетевого элемента для любых сетей электросвязи. Разработана структура и содержание универсального номера, алгоритмы формирования общей и ограниченной частей номера, которые позволяют оператору самостоятельно осуществлять нумерацию сетевых элементов своей сети.

4. Решения, связанные с формированием общей части номера, впервые учитывают необходимость включения информации об операторе связи и о коде классификации СЭ. Предложена процедура присвоения оператору соответствующего кода и структура кода. На основе методов систематики в отсутствии общей системы классификации ЕСЭ России впервые разработана система классификация СЭ. Эта система может также служить основой для создания общеотраслевой системы классификации.

На основании построенной математической модели классификации обоснован выбор фасетной классификации, оптимизированы классы сетевых элементов и разработаны критерии содержания и способы кодировки фасет. Разработана процедура классификации СЭ.

При формировании ограниченной части номера впервые решены задачи формирования универсального номера при наличии в сети двух типов СЭ (пространственно сосредоточенных и пространственно разнесенных). I к.

5. Сформулированы концептуальные положения разработки базы данных номеров СЭ. На основе анализа обращения к БДНСЭ при различных режимах функционирования ЕСЭ России обоснован выбор архитектуры этой базы как распределенной системы базы данных, объединяющей базы данных отдельных операторов и базу данных централизованной системы управления. Доказана необходимость применения в качестве модели данных в СУБД объектно-реляционной модели, наилучшим образом обеспечивающей реализацию задач функционирования БДНСЭ. Вкачестве политики информационной безопасности функционирования этой базы данных разработан системный подход, предусматривающий одновременное использование организационных, технических, аппаратно-программных, криптографических и других средств защиты.

6. Обосновано применение сети сигнализации ОКС-7 для передачи информации о номерах СЭ между разными операторами связи и системами управления сетями электросвязи. Доказано, что указанное предложение обеспечивает выполнение требований, связанных с передачей номерной информации, и не ухудшает условия функционирования сети ОКС-7.

7. Разработаны основные положения создания и внедрения системы-нумерации СЭ. Система должна строиться на единых методических принципах и положениях, устанавливаемых федеральным органом исполнительной власти в области связи. Их соблюдение обязательно для всех органов государственной власти и операторов связи, связанных с функционированием ЕСЭ России. Основным этапом создания системы нумерации должно стать создание базы данных номеров сетевых элементов.

Разработанная в диссертационной работе технология функционирования системы нумерации СЭ представляет собой объединение нескольких технологий, а именно: присвоения номера сетевому элементупервоначальной загрузки данныхведения распределенной базы данныхформирования различных выборок информациивзаимодействия с другими системами.

Определены основные положения системной интеграции создания и функционирования системы нумерации СЭ.

Методологические подходы к созданию и функционированию системы нумерации сетевых элементов, изложенные в диссертационной работе, использовались в различных организациях Российской Федерации при организации функционирования систем технической эксплуатации и оперативного управления, в частности, в компаниях электросвязи ОАО «АСВТ», ОАО «Центртелком».

Особо необходимо отметить применение результатов исследования в оборонном комплексе Российской Федерации, и, в частности, в системе связи Вооруженных Сил России.

Таким образом, в результате проведенных в диссертации исследований решена важная народно-хозяйственная задача, которая заключается в разработке основ построения и функционирования идентификационной системы сетевых элементов единой сети электросвязи Российской Федерации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.